空间知识记忆和提取的理论模型

心理科学进展 2004，12（3）：330~339

Advances in Psychological Science

空间知识记忆和提取的理论模型*

周荣刚张侃

（中国科学院心理研究所，北京 100101）

摘要对物理空间知识记忆和提取规律的探讨一直是空间认知领域研究中的一个重点和热点。对其进行深入研究，不仅有助于了解人类的空间行为，而且为相关的诸如界面设计、虚拟环境等空间认知应用领域（研究）提供支持。该文从空间记忆的内在参照系理论、坐标系统模型、空间情境模型和位置记忆的空间类属模型4个方面对当前有关物理环境中空间知识记忆和提取的理论或模型进行了回顾并作了初步评价。关键词空间知识记忆，内在参照系理论，坐标系统模型，空间情境模型，空间类属模型。

分类号 B842.2

1 引言

有关空间认知 (Spatial Cognition)的研究是一个古老而又崭新的课题。就本源的意义来讲，人类的一切活动都发生在而且只能发生在时间和空间之中。其中空间更是具有及时性和现实性，人类在了解自己以及人和环境关系的过程中必然对空间关系产生极大的兴趣。对人类如何获取物理环境中的空间知识以及如何使用所获得的空间信息完成相应的任务（如方位判断、导航策略和参照物等）的研究有助于人们深入了解自身关于空间知识形成的过程，这为旨在提高相应空间判断任务绩效的界面设计[1]（包括地图、座舱仪表、空间定位系统和电子导航帮助等）和虚拟环境[1~4]（包括完全沉浸虚拟环境、桌面虚拟环境和internet）中的信息呈现以及特殊状态（如失重和聋哑人[5]）下的空间知识获取等领域的研究奠定了基础。但是与其他领域的知觉和认知研究相比，一个良好的空间认知模式初出端倪的时间并不是很长，这反映了空间能力本质的模糊性，即便是“空间（spatial）”这一个词语也具有很大的不确定性，物理环境中空间知识记忆方面的研究也是如此。本文仅根据当前有关空间知识记忆方面的研究报告，对研究者所构建的空间知识记忆和提取的理论或模型进行了回顾和简单评价。

2 理论模型

2.1 空间记忆的内在参照系（intrinsic reference system）理论[6~9]

根据McNamara等人的理论：人们是以空间参照系来建构环境的空间结构，进而形成对

收稿日期：2003-10-25

* 国家自然科学基金（30270465）、教育部“十五”规划课题（FBB011067）、中国科学院院长基金（JHJ02013）资助项目。

通讯作者：张侃， E-mail: zhangk@; 电话：（010）64837096

第12卷第3期 空间知识记忆和提取的理论模型 -331- 物理空间进行表征的认知空间结构，获知环境中物体的空间信息，而参照系统固有于物体布局本身，即环境的空间结构主要是以其自身特性（如房间中桌椅排成的行和列）被加以表征的，这种参照系统即为内在参照系统（intrinsic reference system ）。内在参照系的方向或轴的选择是基于线索的，如学习空间结构时的视角、经验（如指导语）、物体特性（如物体间的类似程度）和环境结构（如房间墙壁的突显），其中起支配作用的是自我经验方面的线索。从另外一个角度来说，内在参照系的选择或其方向的确定不是静态的，随着其中某些线索（如视角）的变化而改变：当观察者以第一个视角对空间布局学习时，他们以与该视角平行（匹配）的内在参照系统对空间布局进行表征，通常情况下基于第一视角所选择的内在参照系不会随着观察者的移动和视角的改变而进行更新，当观察者处于后继视角时就如同从新的方向观察一熟悉物体。但是如果第一视角与环境中某一突出轴不匹配而后继视角与之匹配，新的内在参照系（方向）就会取代原有的内在参照系（方向），相应的就以后继内在参照系（方向）对环境布局进行表征。

可以通过具体实例或实验对空间记忆的内在参照系理论进行进一步的了解。根据实验结果McNamara （2003）认为：如果要求被试从两个观察点对某一场景进行学习，如被试先从0度对图1所示场景进行学习，此时所依据的内在参照系统与视角、物体所在的垫子以及房间的墙壁都是平行的，当位移到135度时其视角与环境线索（物体所在的垫子与房间的墙壁）不再平行，因而基于0度视角的内在参照系不会被破坏、被试会继续以0度位置时的内在参照系统对该空间布局进行表征。所以当想象空间中的朝向与匹配视角（0度）平行时被试相对方位判断（如“想象你站在book 上，面对wood ，请指出shoe 的方位”）的成绩最好，而想象空间中朝向与非匹配视角（135度）平行时相对方位判断（如“想象你站在clock 上，面对shoe ，请指出wood 的方位”）的成绩并不比和非匹配视角不平行的朝向时相对方位判

断（如“想象你站在skillet 上，面对shoe ，请指出book 的

方位”）成绩好。相反如果第一次以135度视角对该场景进

行观察而位移到0度视角时，内在参照系统就会发生变化。

Mou 和McNamara （2002）的研究中进一步明确提出了

空间记忆的内在参照系统理论，在其一系列实验中被试被要

求对如图2的场景进行学习：物体放在与密闭房间墙壁平行

的一正方形垫子或圆柱型空间中的一块空地上。在实验（Exp

2）中，被试从315度学习该场景，要求一组被试以自我轴

315度[如clock （站的物体）－jar （面对的物体）、scissors

－shoe 和wood －book]、另一组被试以非我自我轴（如

scissors －clock 、wood －shoe 、shoe －jar 和banana －book ）0

度学习该布局，结果（见图3）主要发现：在判断成绩和判

断时间没有明显代偿的情况下，被要求以自我轴315度识记该场景的被试在从315度想象该空间布局（如“想象你站在

图1 McNamara 等人研究中所采用

的场景布局之一（被试所识记的是真

实物体；McNamara, 2003）